05进程间通信-学习笔记

进程间通信（IPC）

概念

进程信技术简称IPC,可以利用此技木让多个进程相传建消数据，有大量的进程间通信方案

• pipe 匿名管道
• fifo 命名管简单理解，管道文件是一个指向内核管道缓冲区的指针，所有向管道文件读写的操作，都会重定向到内核管道中道
• Posix 消息队列
• System 消息队列
• Signal 信号
• Socket 套接字
• MMAP 文件映射

进程有虚拟地址空间，进程间通信在虚拟地址的哪一层实现的?

绝大多数进程间通信是在内核层完成的， 因为内核层内存共享

pipe 匿名管道

为了便于开发者使用管道可以使用pipe函数创建管道，创建成功后会生成两个文件描述符，分别指向管道的读端fds[0]和写端fds[1]。匿名管道只能再有亲缘关系的进程之间使用

管道的原理

两个进程公用一个管道，实现通信

管道的特点

1. 是一种传输介质，可以传输数据
2. 管道传输具有方向性
3. 管道具备存储能力，虽然不能持久存储，只能暂存

缺点

匿名管道只能在有亲缘关系的进程间的通信

使用管道

创建

pipe(int fds[2]);

注意：管道创建要在 创建子进程之前完成， 避免子进程创建管道

使用

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>

#define MSG "HI"

int main()
{
    pid_t pid;
    int fds[2];

    pipe(fds);
    pid = fork();
    // 父进程写，子进程读
    if (pid > 0)
    {

        close(fds[0]); // 父进程关闭读功能，文件描述符-1
        printf("parent pid %d alive..\n", getpid());
        sleep(5);
        write(fds[1], MSG, strlen(MSG)); // 父进程写入信息
        printf("parent pid %d send msg success..\n", getpid());
        close(fds[1]); // 父进程使用完成写的功能，关闭写功能，文件描述符-1
    }
    else if (pid == 0)
    {
        close(fds[1]); // 子进程关闭写功能，文件描述符-1
        char buffer[1024];
        bzero(buffer, sizeof(buffer));
        read(fds[0], buffer, sizeof(buffer)); // 子进程读管道中的内容

        printf("child read msg %s \n", buffer);
        close(fds[0]); // 子进程使用完成读的功能，关闭写功能，文件描述符-
        exit(0);
    }
    else
    {
        perror("FORK CALL FAILED");
        exit(0);
    }
}

回收

1. 每个指向管道的描述符都是一个引用计数，如果引用计数为0，系统自动释放管道空间，否则管道一直存在于内核层
2. 管道使用时要确定通信方向，父写子读，子写父读，父子进程将不用的描述符关闭 关闭不用的
3. pipe_fd使用完毕要close 引用计数-1 用完要关闭
4. shutdown可以直接将引用计数清0

工作方式

单工 : 确定通信方向， 非读即写， 不可变更

半双工/可调节单工: 非读即写，但是不同时刻可以调节读写

双工:可以同时读写

匿名管道使用时的四种特殊情况

这四种情况具有普遍意义

1. 管道的读写两端存在但是写端未向管道内写数据，读端读取完管道数据后如果管道为null，再次读阻塞
2. 管道读写两端存在，但是读端未读取管道数据，写端写满管道后，再次写阻塞
3. 管道写端关闭，读端读取管道剩余内容后，再次读读到0
4. 管道读端关闭，写端向管道写数据，系统会发送SIGPIPE信号，杀死写端进程，读端关闭的情况下不允许写端访问管道

在一个C/S模型中，客户端发送了一条请求消息之后客户端异常关闭，服务端回复结果时异常关闭，服务端异常关闭原因？

(SIGPIPE信号)send(sockfd , buffer, size , MSG NOSIGNAL)

FIFO 命名管道

是一个内核缓冲区，为环形队列结构， 大小为4k，命名管道可以解决无关联进程间的通信

特点

管道通信与传统的文件传输不同，读取文件内容并不会除文件内容，但是管道是队列结构，出队的数据会从管道消失

可以持久化存储的磁盘文件并不适合作为传输介质

原理

简单理解，管道文件是一个指向内核管道缓冲区的指针，所有向管道文件读写的操作，都会重定向到内核管道中

使用

mkfifo pname #命令创建管道文件

mkfifo(char * pname，0664) #函数创建管道文件

管道文件的访问是要凑齐两种权限的 即使 RDWR,如果某个进程以一种权限打开管道文件， open函数会立即阻塞，等待另一种权限。即使只有一个进程 只要满足读写权限，就可以成功打开管道了

命名管道的两种特殊情况

一个读端中存在多个读序列，阻塞读只对第一个读序列有效，其他读序列被设置为非阻塞

管道的原子访问与非原子访问

判定是原子传输或是非原子，取决于用户发送数据包大小，如果数据包<=管道大小， 则是原子传输，如果数据包>管道大小（即4K） 就是非原子传输

非原子访问，最大化的利用容器空间， 只有容器满时才会限制写端，读写效率传输效率高，但是数据会被多次拆分，会对读端造成一些麻烦，读端要验证数据包完整性后才可以使用

mmap文件映射

功能

是一种内存映射文件的技术，它允许将文件映射到进程的虚拟内存空间，使得文件的内容可以像访问内存一样被读取和写入。

1、基本使用

头文件

#include <sys/mman.h>

函数原型、参数、返回值

void * ptr = mmap(NULL , size , PROT READIPROT WRITE , int how , int fd , 0);

参数

映射方式

共享映射 MAP_SHARED，共享映射有 Sync同步机制
私有映射 MAP_PRIVATE

原理

多进程间利用 MAP_SHARED的Sync同步机制可以实现共享映射实现进程通信

返回值

成功返回映射内存地址ptr
失败返回MAP_FAILED关键字

回收

munmap(ptr，size); //释放映射内存

使用细节

1. 确定消息结构体大小
2. 根据消息结构体大小,确定映射文件大小。大小为消息结构体的倍数
3. 拓展空文件，使用截断方式，将映射文件拓展成一个指定的大小ftruncate(fd,sizeof(msg_t)*4096)

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

int main()
{
    int fd;
    fd = open("map_file", O_RDWR);
    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    int *ptr = NULL;
    if ((ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap call failed");
        exit(0);
    }
    close(fd);
    sleep(10);
    ptr[0] = 0x34333231;
    munmap(ptr, size);
    return 0;
}

2、大数据文件处理，切割处理

最后一个参数，控制偏移量
映射偏移量必须是4k的整数倍，因为内存分页一页为4k。

3、零拷贝，减少拷贝开销

零拷贝并不是指完全节省拷贝或切换开销,而是尽可能较少